אפיון ויישום של דוגמים פסיביים עבור ניטור של דברה במים
Summary
A protocol about the characterization and application of five different passive sampling devices is presented.
Abstract
חמישה דוגמים פסיביים שונים מים כוילו בתנאי מעבדה למדידת 124 מורשת וחומרי הדברה בשימוש נוכחית. מחקר זה מספק פרוטוקול לעריכת סמפלר פסיבית, כיול, שיטת החילוץ וניתוח אינסטרומנטלי. שיעורי דגימה (R S) ומקדמי מחיצה סמפלר-מים פסיביים (K PW) חושבו עבור גומי סיליקון, POCIS-סמפלר אינטגרטיבי כימי הקוטבי אורגני, POCIS-B, SDB-RPS ודיסק 18 C. הספיגה של התרכובות שנבחרו תלוי מאפייני physicochemical שלהם, כלומר, גומי סיליקון הראה ספיגה טובה יותר עבור תרכובות הידרופובי יותר (יומן מקדם חלוקת octanol-מים (K OW)> 5.3), ואילו POCIS-A, POCIS-B ו- SDB- דיסק RPS היה יותר מתאים תרכובות הידרופיליות (יומן K OW <0.70).
Introduction
דברה הם הציגו ברציפות בסביבה המימית ועלולה לסכן את אורגניזמים ימיים 1. ניטור של חומרי הדברה בסביבה המימית טיפוסי מבוצע דגימה לתפוס, לעומת זאת, טכניקת דגימה זו אינה מסבירה במלואה את הווריאציות זמניות בריכוזים בשל תנודות בתשומות זרימה או אפיזודי (למשל, משקעים, גלישות ביוב בשילוב, הלגונה ביוב שחרור) 2 , 3. לפיכך, שיטות ניטור צריכות להשתפר עבור אמידה טובה יותר של סיכונים סביבתיים הקשורים חומרי הדברה. דגימה פסיבית מאפשר ניטור רציף על פני תקופה ארוכה של זמן עם תשתית מינימלית וריכוזי מזהמים נמוכה 4,5.
דוגמים פסיביים הוכחו להיות כלי רב ערך עבור הניטור מי תהום 6, מים מתוקים 7-10, שפכי 11 ו במי אוקיינוס 12. מלבד מעקב אחר מטרות <sup> 13,14, סמפלרים פסיבי גם שימשו לניתוח יעד שאינו 15, בדיקות הרעלים 16,17, ו כחלופה sediment- ו מסויים מופעל 18. דוגמים פסיביים לצבור כימיקלים ברציפויות ממים ולספק זמן ממוצע משוקלל (TWA) ריכוזים 14. את הספיגה של חומר המזהם תלוי קצב הדגימה (R S) ואת מקדם חלוקת סמפלר-מים פסיבי (K PW), אשר תלוי בעיצוב סמפלר הפסיבי, חומר סמפלר, מאפייני physicochemical של חומר המזהם, ותנאים סביבתיים (למשל, מים מערבולת, טמפרטורה) 13,14,19,20.
הסרטון המפורט שמטרתו להראות כיצד לכייל ולהחיל דוגמים פסיביים הדברה במים. היעדים הספציפיים הכלולים i) כדי לבצע הכנה, מיצוי וניתוח אינסטרומנטלי עבור 124 חומרי הדברה בודדים באמצעות חמישה סוגים שונים של sampl פסיביers, כולל גומי סיליקון, סמפלר אינטגרטיבי כימיים אורגניים קוטבי (POCIS) -A, POCIS-B, SDB-RPS ו- C 18 דיסק, ii) להעריך R S ו- K PW עבור חומרי הדברה במחקר ספיגת מעבדה, ו- III) כדי להדגים כיצד לבחור את סמפלר הפסיבית המתאימה של מתחם היעד של עניין וכיצד לחשב ריכוזי TWA עבור סמפלר הפסיבית בהתאמה.
התייחסות לסטנדרטים והתקנים סמפלר פסיבי
תרכובות יעד כללו 124 מורשת וכיום חומרי הדברה בשימוש כולל קוטלי עשבים, קוטלי חרקים וקוטלי פטריות (טבלה 1). תערובת פנימית סטנדרטית (IS תערובת) כללה fenoprop (2,4,5-TP), clothianidin 3-D, ethion ו terbuthylazine-D 5. כימיקלים המשמשים אחרות כללו מתנול (MeOH), אצטוניטריל (ACN), אצטון (ACE), dichloromethane (DCM), cyclohexane (CH), אתיל אצטט (EA), et נפטלה (PE), 2-propanol, פתרון אמוניה 25%, חומצה אצטית (HAC) וחומצה פורמית (FA). חמישה מכשירים דגימה פסיבית שונות התאפיינו, כולל גומי סיליקון, POCIS-A ו- POCIS-B, SDB-RPS, ו 1,21 דיסק 18 C.
טבלה 1. קצב הדגימה סמפלר פסיבי (ר 'S, L יום -1), מקדמי החלוקה סמפלר-מים (K' PW, L ק"ג -1) ומשוואות (Eq.) המשמש לחישוב ריכוזים בדגימות שדה לאדם חומרי הדברה א. (נדפס מן ביומן של כרומטוגרפיה, 1405, לוץ אהרנס, Atlasi Daneshvar, אנה א לאו, ג'ני Kreuger, אפיון חמישה מכשירי דגימה פסיבית לניטור של חומרי הדברה במים, 1-11, כל הזכויות שמורות (2015), באישור Elsevier .) 22 אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבור בקרת איכות, כמו נוהל מקובל, חסר מעבדה, מגבלות של גילוי (לוד), החלמה, ואת הדירות נבדקו 23. כמה חומרי דברה התגלו בדגימות הריקות ברמות ריכוז נמוכות. LODs נקבעו כערך של הנקודה הנמוכה ביותר על עקומת כיול אשר עונה על הקריטריונים של יחס אות לרעש של 3. LODs הממוצע היו 8.0 pg מו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The Swedish EPA (Naturvårdsverket) (agreement 2208-13-001) and Centre for Chemical Pesticides (CKB) are gratefully acknowledged for funding this project. We thank Märit Peterson, Henrik Jernstedt, Emma Gurnell and Elin Paulsson at the OMK-lab, SLU, for skillful assistance with analytical support and supply of pesticide standards.
Materials
| Methanol | Merck Millipore | 1.06035.2500 | |
| Acetonitrile | Merck Millipore | 1.00029.2500 | |
| Acetone | Merck Millipore | 1.00012.2500 | |
| 2-propanol | Merck Millipore | 1.00272.2500 | |
| Dichloromethane | Merck Millipore | 1.06054.2500 | |
| Ammoniak | Merck Millipore | 1.05428.1000 | Purity 25% |
| Formic acid | Sigma-Aldrich | 94318-50ML-F | Purity ~98% |
| Ethyl acetate | Sigma-Aldrich | 31063-2.5L | for pesticide residue analysis |
| Petroleum ether | Sigma-Aldrich | 34491-4X2.5L | for pesticide residue analysis |
| Acetic acid | Sigma-Aldrich | 320099-500ML | Purity ≥99.7% |
| Cyclohexane | Fisher Chemicals | C/8933/17 | for residue analysis |
| Empty polypropylene SPE Tube with PE frits, 20 μm porosity, volume 6 mL | Supelco | 57026 | |
| Empore SPE Disks, C18, diam. 47 mm | Supelco | 66883-U | Passive sampler |
| Empore SPE Disks, SDB-RPS (Reversed-Phase Sulfonate), diam. 47 mm | Supelco | 66886-U | Passive sampler |
| POCIS-A | EST | POCIS-HLB | Passive sampler |
| POCIS-B | EST | POCIS-Pesticide | Passive sampler |
| Polyethersulfone (PES) membranes | EST | PES | |
| Silicone rubber sheet | Altec | 03-65-4516 | Passive sampler |
| Agilent 5975C | Agilent Technologies | 5975C | GC-MS |
| HP-5MS UI | J&W Scientific | HP-5MS | Analytical column for GC-MS |
| Agilent 6460 | Agilent Technologies | 6460 | HPLC-MS/MS |
| Strata C18–E, 20 x 2 mm id and 20–25 μm particle size | Phenomenex | Strata C18–E | Online SPE column for LC-MS/MS |
| Strata X, 20 x 2 mm id and 20–25 μm particle size | Phenomenex | Strata X | Online SPE column for LC-MS/MS |
| Zorbax Eclipse Plus C18 | Agilent Technologies | Zorbax Eclipse Plus C18 | Analytical column for LC-MS/MS |
| Isolute phase separator, 25 mL | Biotage | 120-1907-E | |
| Stainless steel blind rivet, 3.2×10 mm | Ejot & Avdel | 951222 |
References
- Rodney, S. I., Teed, R. S., Moore, D. R. J. Estimating the toxicity of pesticide mixtures to aquatic organisms: A review. Hum. Ecol. Risk Assess. 19 (6), 1557-1575 (2013).
- Kreuger, J. Pesticides in stream water within an agricultural catchment in southern Sweden, 1990-1996. Sci. Total Environ. 216 (3), 227-251 (1998).
- Carlson, J. C., Challis, J. K., Hanson, M. L., Wong, C. S. Stability of pharmaceuticals and other polar organic compounds stored on polar organic chemical integrative samplers and solid-phase extraction cartridges. Environ. Toxicol. Chem. 32 (2), 337-344 (2013).
- Alvarez, D. A., et al. Development of a passive, in situ, integrative sampler for hydrophilic organic contaminants in aquatic environments. Environ. Toxicol. Chem. 23 (7), 1640-1648 (2004).
- Vrana, B., et al. Passive sampling: An effective method for monitoring seasonal and spatial variability of dissolved hydrophobic organic contaminants and metals in the Danube river. Environ. Pollut. 184, 101-112 (2014).
- Dougherty, J. A., Swarzenski, P. W., Dinicola, R. S., Reinhard, M. Occurrence of herbicides and pharmaceutical and personal care products in surface water and groundwater around Liberty Bay, Puget Sound, Washington. J. Environ. Qual. 39 (4), 1173-1180 (2010).
- Muñoz, I., Martìnez Bueno, M. J., Agüera, A., Fernández-Alba, A. R. Environmental and human health risk assessment of organic micro-pollutants occurring in a Spanish marine fish farm. Environ. Pollut. 158 (5), 1809-1816 (2010).
- Wille, K., et al. Rapid quantification of pharmaceuticals and pesticides in passive samplers using ultra high performance liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 1218 (51), 9162-9173 (2011).
- Poulier, G., et al. Estimates of pesticide concentrations and fluxes in two rivers of an extensive French multi-agricultural watershed: application of the passive sampling strategy. Environ. Sci. Pollut. Res. 22 (11), 8044-8057 (2015).
- Moschet, C., Vermeirssen, E. L. M., Singer, H., Stamm, C., Hollender, J. Evaluation of in-situ calibration of chemcatcher passive samplers for 322 micropollutants in agricultural and urban affected rivers. Water Res. 71, 306-317 (2015).
- Petty, J. D., et al. An approach for assessment of water quality using semipermeable membrane devices (SPMDs) and bioindicator tests. Chemosphere. 41 (3), 311-321 (2000).
- Metcalfe, C. D., et al. Contaminants in the coastal karst aquifer system along the Caribbean coast of the Yucatan Peninsula, Mexico. Environ. Pollut. 159 (4), 991-997 (2011).
- Allan, I. J., et al. Field performance of seven passive sampling devices for monitoring of hydrophobic substances. Environ. Sci. Technol. 43 (14), 5383-5390 (2009).
- Vrana, B., et al. Passive sampling techniques for monitoring pollutants in water. TrAC – Trend. Anal. Chem. 24 (10), 845-868 (2005).
- Allan, I. J., Harman, C., Ranneklev, S. B., Thomas, K. V., Grung, M. Passive sampling for target and nontarget analyses of moderately polar and nonpolar substances in water. Environ. Toxicol. Chem. 32 (8), 1718-1726 (2013).
- Escher, B. I., et al. Evaluation of contaminant removal of reverse osmosis and advanced oxidation in full-scale operation by combining passive sampling with chemical analysis and bioanalytical tools. Environ. Sci. Technol. 45, 5387-5394 (2011).
- Pesce, S., Morin, S., Lissalde, S., Montuelle, B., Mazzella, N. Combining polar organic chemical integrative samplers (POCIS) with toxicity testing to evaluate pesticide mixture effects on natural phototrophic biofilms. Environ. Pollut. 159 (3), 735-741 (2011).
- Booij, K., Smedes, F., Van Weerlee, E. M., Honkoop, P. J. C. Environmental monitoring of hydrophobic organic contaminants: The case of mussels versus semipermeable membrane devices. Environ. Sci. Technol. 40 (12), 3893-3900 (2006).
- Harman, C., Allan, I. J., Vermeirssen, E. L. M. Calibration and use of the polar organic chemical integrative sampler-a critical review. Environ. Toxicol. Chem. 31 (12), 2724-2738 (2012).
- Jonker, M. T. O., Der Heijden, S. A. V. a. n., Kotte, M., Smedes, F. Quantifying the effects of temperature and salinity on partitioning of hydrophobic organic chemicals to silicone rubber passive samplers. Environ. Sci. Technol. 49 (11), 6791-6799 (2015).
- Jansson, C., Kreuger, J. Multiresidue analysis of 95 pesticides at low nanogram/liter levels in surface waters using online preconcentration and high performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry. J. AOAC Int. 93 (6), 1732-1747 (2010).
- Ahrens, L., Daneshvar, A., Lau, A. E., Kreuger, J. Characterization of five passive sampling devices for monitoring of pesticides in water. J. Chromatogr. A. 1405, 1-11 (2015).
- Royston, P. Approximating the Shapiro-Wilk W-test for non-normality. Stat. Comput. 2 (3), 117-119 (1992).
- Gauthier, T. D. Detecting trends using Spearman’s rank correlation coefficient. Environ. Forensics. 2 (4), 359-362 (2001).
- Morin, N., Miège, C., Coquery, M., Randon, J. Chemical calibration, performance, validation and applications of the polar organic chemical integrative sampler (POCIS) in aquatic environments. TrAC – Trend. Anal. Chem. 36, 144-175 (2012).
- . Water Quality – Sampling – Part 23: Guidance on Passive Sampling in Surface Waters. ISO 5667-23:2011. , (2011).
- Morin, N., Camilleri, J., Cren-Olivé, C., Coquery, M., Miège, C. Determination of uptake kinetics and sampling rates for 56 organic micropollutants using “pharmaceutical” POCIS. Talanta. 109, 61-73 (2013).
